CN218975552U - 储能装置保护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种储能装置保护系统，储能装置包括储能电池和变流器，该储能装置保护系统包括：密封箱，其内部充满绝缘冷却流体并容纳储能电池和变流器；以及散热器，其设置在密封箱外部并与密封箱相连通以调节绝缘冷却流体的温度。本实用新型的储能电池和变流器均浸没在密封箱的绝缘冷却流体中，当发生金属离子电池破裂时，绝缘冷却流体能够自动隔离空气，避免金属离子发生剧烈氧化反应，起火或爆炸，减少人员伤亡和财产损失，提高了储能装置的安全性和可靠性。使用绝缘冷却流体，一方面可以提高金属离子电池、电力电子器件的防护等级，防止粉尘污染，另一方面通过自然循环冷却降低或保持运行环境温度，从而提高使用寿命和可靠性。

Description

储能装置保护系统

技术领域

本实用新型涉及储能装置保护技术领域，特别涉及一种储能装置保护系统。

背景技术

能源是人类赖以生存和社会发展的重要物质基础，是国民经济、国家安全和实现可持续发展的重要基石。在强大的社会发展需求和巨大的潜在市场推动下，储能技术也正向大规模、高效率、长寿命、低成本、无污染的方向发展。目前储能技术主要有物理储能、化学储能、电磁储能和相变储能等几类。

在各种储能技术中，化学储能特别是金属离子电池由于其优越的综合性能，包括比能量、比功率、倍率性、安全性、充放电效率等，使得金属离子电池发展迅速，金属离子电池储能成为目前应用较为广泛的储能技术路线。但是金属电池由于自身固有的安全隐患，包括金属离子电池爆炸、金属离子电池热失控问题等，使其在储能领域的应用大大受到了限制，同时金属电池如锂电池或钠电池等均具有可燃性，如当泄露发生时，锂电池或钠电池中的锂离子或钠离子与空气氧反应，一旦发生火灾就会难以扑灭，造成巨大的经济损失。

以锂电池为例，目前，锂电池储能装置常用锂电池隔膜技术来进行电池防护保护，但存在隔膜工艺系数高、对设备要求高、投产周期时间长且成本高等缺点，同时当电池内部发生缺陷时会使隔膜分解，大量电解液释放热量，进而导致电池温度升高发生热失控。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于，提供一种储能装置保护系统，从而减轻现有储能装置中金属离子电池爆炸、金属离子电池热失控等问题所带来的安全问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种储能装置保护系统，储能装置包括储能电池和变流器，该储能装置保护系统包括：密封箱，其内部充满绝缘冷却流体并容纳储能电池和变流器；以及散热器，其设置在密封箱外部并与密封箱相连通以调节绝缘冷却流体的温度。

进一步，上述技术方案中，储能装置保护系统还包括：监测单元，其用于实时采集绝缘冷却流体的参数信息。

进一步，上述技术方案中，监测单元包括一个或多个温度监测仪，温度监测仪与储能电池的距离小于或等于1cm。

进一步，上述技术方案中，监测单元包括色谱分析仪，色谱分析仪用于在线分析密封箱内的绝缘冷却流体中的特征气体含量。

进一步，上述技术方案中，特征气体包括氢气、烃类气体和碳氧化合物气体。

进一步，上述技术方案中，散热器为空冷式散热器或液冷式散热器。

进一步，上述技术方案中，绝缘冷却流体为不与金属离子和析出气体反应的液体或气体。

进一步，上述技术方案中，绝缘冷却流体为矿物绝缘油或硅基阻燃油。

进一步，上述技术方案中，散热器与密封箱之间设有换流泵，换流泵控制绝缘冷却流体的循环速率。

进一步，上述技术方案中，密封箱采用金属材料制成。

进一步，上述技术方案中，储能装置的充放电及其管理单元，可以与储能电池一起置于绝缘冷却流体中或密封箱外部。

进一步，上述技术方案中，储能装置保护系统适用于高压交流或直流直挂储能装置。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1.储能电池和变流器均浸没在密封箱的绝缘冷却流体中，当发生金属离子电池破裂时，绝缘冷却流体能够自动隔离空气，避免金属离子发生剧烈氧化反应，起火或爆炸，减少人员伤亡和财产损失，提高了储能装置的安全性和可靠性。对变流器这种电力电子器件来说，其可靠性与运行温度成正相关性。从15℃开始，环境温度每升高10℃，其故障率提高1倍。因此，使用绝缘冷却流体，一方面可以提高金属离子电池、电力电子器件的防护等级，防止粉尘污染影响电力电子器件和金属离子电池的寿命和可靠性，另一方面通过自然循环冷却降低或保持运行环境温度，从而提高电力电子器件和金属离子电池的使用寿命和可靠性。

2.利用流体的强流动性及传热快的特点，通过绝缘冷却流体的循环将储能电池和变流器的发热引出到外部散热器。

3.绝缘冷却流体可以根据气候条件进行选择，适用范围广。

4.通过在绝缘冷却流体中设置不同的监测单元，能够实现对储能电池的监测，及时发现安全隐患，从而实时、全面保护储能装置。

上述说明仅为本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本实用新型的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本实用新型的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。

附图说明

图1是根据本实用新型的一实施方式的储能装置保护系统的结构示意图。

主要附图标记说明：

11-储能电池，12-变流器，13-断路器，14-电源，15-充放电及其管理单元，21-密封箱，22-绝缘冷却流体，23-电源引出套管，40-散热器。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。

在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。

在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。

如图1所示，储能装置包括储能电池11和变流器12，储能装置通过电源引出套管23与断路器13和电源14相连。根据本实用新型具体实施方式的储能装置保护系统将储能电池11和变流器12外部设置密封箱21，并且密封箱21内部充满绝缘冷却流体22。密封箱21外部设置散热器40，且密封箱21与散热器40相连通，绝缘冷却流体22在密封箱21与散热器40之间形成循环以调节绝缘冷却流体22的温度，进而将储能电池11和变流器12的发热引出到外部的散热器40。

进一步地，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，储能装置保护系统还可以包括监测单元(图中未示出)，用于实时采集绝缘冷却流体的参数信息，通过绝缘冷却流体的参数信息来判断储能装置的安全状态，及时发现存在的安全隐患，进而采取相应的预警或处理措施。

进一步地，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，监测单元可以包括一个或多个温度监测仪，从而采集绝缘冷却流体的温度信息，如温度和温升速率等，应了解的是，本实用新型并不以此为限。示例性地，温度监测仪与储能电池的距离小于或等于1cm，以确保及时监测到储能电池的异常。

进一步地，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，监测单元可以包括色谱分析仪，色谱分析仪用于在线分析密封箱21内的绝缘冷却流体22中的特征气体含量。示例性地，色谱分析仪主要分析监测的特征气体包括氢气、烃类气体和碳氧化合物气体，通过特征气体的含量能够识别储能电池的安全状态。

示例性地，当储能电池为铅酸蓄电池时，根据所得的特征气体含量判断储能电池的安全状态包括：当仅有氢气的含量上升时，安全状态为析氢；当氢气的含量、烃类气体和碳氧化合物气体的含量同时上升，安全状态为过热；以及当C₂H₂的含量在烃类气体的总含量中占比上升时，安全状态为放电。

示例性地，当储能电池为锂离子电池时，根据所得的特征气体含量判断储能电池的安全状态包括：当氢气、烃类气体和碳氧化合物气体的含量同时上升，且CO₂含量占比升高时，安全状态为过热；当C₂H₂的含量在烃类气体的总含量中占比上升时，安全状态为放电；当H₂的含量和CO₂的含量占比上升时，安全状态为过充初期；当CO₂的含量继续升高，H₂的含量降低时，安全状态为过充过程中；当H₂的含量占比最高，且CH₄和C₂H₆占比大于正常值时，安全状态为过放初期；当CO₂的含量开始升高，H₂、CH₄、C₂H₆占比降低时，安全状态为过放过程中。

进一步地，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，散热器40可以采用空冷式散热器或液冷式散热器。示例性地，散热器40与密封箱21之间可以设置换流泵(图中未示出)，通过换流泵控制绝缘冷却流体22的循环速率。

进一步地，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，绝缘冷却流体22为不与金属离子和析出气体反应的液体或气体。进一步地，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，绝缘冷却流体22为矿物绝缘油或硅基阻燃油，可以根据气候条件选择，本实用新型并不以此为限。硅油一般是无色(或淡黄色)、无味、无毒、不易挥发的液体，具有耐热性、电绝缘性、化学稳定性、较高的闪点和燃点等优良性能，此外还具有低的粘温系数、较高的抗压缩性、有的品种还具有耐辐射的性能。

进一步地，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，密封箱21采用金属或其他材料，起到防护和容纳绝缘冷却流体22的作用。

进一步地，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，储能装置的充放电及其管理单元15，可以与储能电池11一起置于绝缘冷却流体22中或置于密封箱21外部(参考图1所示情况)，本实用新型并不以此为限。

本实用新型的储能装置保护系统适用于高压交流或直流直挂储能装置。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1. 一种储能装置保护系统，所述储能装置包括储能电池和变流器，其特征在于，该储能装置保护系统包括：

密封箱，其内部充满绝缘冷却流体并容纳所述储能电池和所述变流器；以及

散热器，其设置在所述密封箱外部并与所述密封箱相连通以调节绝缘冷却流体的温度。

2.根据权利要求1所述的储能装置保护系统，其特征在于，还包括：

监测单元，其用于实时采集所述绝缘冷却流体的参数信息。

3.根据权利要求2所述的储能装置保护系统，其特征在于，所述监测单元包括一个或多个温度监测仪，所述温度监测仪与所述储能电池的距离小于或等于1cm。

4.根据权利要求2所述的储能装置保护系统，其特征在于，所述监测单元包括色谱分析仪，所述色谱分析仪用于在线分析密封箱内的绝缘冷却流体中的特征气体含量。

5.根据权利要求1所述的储能装置保护系统，其特征在于，所述散热器为空冷式散热器或液冷式散热器。

6.根据权利要求1所述的储能装置保护系统，其特征在于，所述绝缘冷却流体为不与金属离子和析出气体反应的液体或气体。

7.根据权利要求1所述的储能装置保护系统，其特征在于，所述绝缘冷却流体为矿物绝缘油或硅基阻燃油。

8.根据权利要求1所述的储能装置保护系统，其特征在于，所述散热器与所述密封箱之间设有换流泵，所述换流泵控制所述绝缘冷却流体的循环速率。

9.根据权利要求1所述的储能装置保护系统，其特征在于，所述密封箱采用金属材料制成。

Images